KR100612755B1 - 고속철도용 방진침목 및 그 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열차 통과시 발생하는 상부하중을 하부의 자갈도상으로 전달하여주기 위한 고속철도용 방진침목 및 그 제작방법을 개시한다.

본 발명은 철도 궤도의 자갈도상(10) 위에 설치되는 PC침목(20)의 하면에 탄성패드(30)를 부착하여 주행차량의 진동을 감쇠시키기 위한 방진침목의 제작방법에 있어서, 상기 PC침목(20)의 하면의 형상과 같은 평면구조를 갖는 베이스판(31)과 상기 베이스판(31)의 상부면에 소정 간격으로 배치되어 상부로 돌출되는 다수의 정착돌기(32)를 구비하도록 탄성 재질의 합성수지재를 이용해 탄성패드(30)를 일체로 제작하고, 콘크리트 몰드에 프리스트레스트용 고강도의 강선을 배치하고 상기 몰드내에 콘크리트를 타설한 후, 상기 강선을 인장시켜 콘크리트에 압축력이 작용하는 상태로 긴장력을 부여한 다음, 타설된 콘크리트의 표면에 상기 탄성패드(30)의 베이스판(31)이 부착되도록 상기 정착돌기(32)들을 삽입시킨 후, 양생시키는 작업을 통해 완성함을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 콘크리트와의 부착작업이 아주 용이하고 부착력이 우수하며 내구성이 좋은 방진침목을 제공할 수 있다.

고속철도, 방진침목, PC침목, 탄성패드, 베이스판, 정착돌기

Description

고속철도용 방진침목 및 그 제작방법{Anti-vibration sleeper for high speed railway and method for fabricating it}

도1은 종래 일본의 반응사출성형 방식에 의한 방진침목의 사시도

도2는 종래 일본의 기설침목 재이용방법에 의한 방진침목의 단면도

도3은 본 발명에 의한 방진침목용 탄성패드의 사시도

도4는 도3의 A-A선 단면도

도5는 도4의 B-B선 단면도

도6은 본 발명에서 사용되는 PC침목과 탄성패드의 결합전 상태를 보여주는예시도

도7은 본 발명에 의한 방진침목을 완성한 상태의 단면도

도8은 본 발명에 의한 방진침목을 자갈도상위에 부설한 시공상태도

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10:자갈도상 20:PC침목

30:탄성패드 31:베이스판

32:정착돌기 33:4각블록

34:다리부 35:머리부

본 발명은 철도의 궤도 구성품중 열차 통과시 발생하는 상부하중을 하부의 자갈도상으로 전달하여주기 위한 침목에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고속철도용 자갈도상궤도에 설치되는 프리스트레스트 콘크리트 침목의 하부에 정착돌기가 형성된 탄성패드를 일체로 부착함으로써, 주행열차의 하중을 분산시키는 역할을 수행함과 동시에 소음·진동 저감 및 유지관리를 최소화 할 수 있도록 한 고속철도용 방진침목 및 그 제작방법에 관한 것이다.

종래의 방진침목은 일반철도 및 지하철에 적용하는 것으로서 높은 하중에 견디는 고성능을 요구하는 고속철도에는 적용이 어렵다.

또한 시공 공정에 있어서 침목과의 부착을 위한 패드제작시의 추가공정이 필요하였다.

주지된 바와 같이, 철도의 선로에 설치되는 침목(枕木, sleeper, rail timber)은 레일을 체결하여 레일의 위치를 정하고, 궤간을 정확하게 유지하며, 레일로부터 전해지는 열차하중을 도상(道床) 아래로 널리 분산시키며, 궤도좌굴에 대한 저항력의 대부분을 부담하는 궤도의 중간구조이다.

일반적으로 침목은 재질에 따라 나무로 만든 목침목(木枕木, wooden sleeper )과 철재를 이용한 철침목(鐵枕木, iron sleeper), PC침목(prestressed concrete sleeper)등의 종류로 구별된다.

위와 같이 구별되는 침목의 종류에서 전통적으로 목침목을 많이 사용하여 왔으나, 최근에는 콘크리트 제작기술이 발달함에 따라 유지보수면에서 유리하고 보다 경제적인 PC침목의 사용이 증가하고 있는 추세이다.

PC침목은 고강도의 강선을 사용하여 이에 미리 인장력을 주어 콘크리트에 압축력이 작용하는 상태로 있게 하여, 실 하중이 작용하였을 때 콘크리트의 인장 저항력을 강하게 나타내도록 한 콘크리트 침목이다.

이러한 PC침목은 목침목에 비해 가격이 2배이지만, 사용년수가 약 5배로 길어 더 경제적이다. 또, 탄성체결에 의해 궤도틀림 진행을 작게 하여 궤도 유지보수의 경감이 가능하고, 도상저항이 커 장대 레일을 부설할 수 있는 등의 이점이 있다.

그러나, PC침목은 목침목에 비해 탄성계수가 작은 경질의 콘크리트로 이루어지기 때문에, 주행중인 열차에서 발생되는 충격·진동을 하부의 도상으로 대부분 전달하게 됨으로써 큰 소음이 발생되고 도상구조에 악영향을 끼치게 되며, 특히 자갈도상인 경우에는 자갈의 세립화를 발생시키므로 그 영향이 더욱 크다.

이에 따라, PC침목은 그 하부에 탄성을 갖는 방진패드를 부설하여 침목의 기본적인 역할을 수행케 하면서 완충 및 소음저감이라는 추가적인 기능을 부여하고 있다.

종래, 외국에서 사용되는 방진침목의 주요 형식을 아래에서 살펴보기로 한다.

1) 프랑스의 LVT 침목(콘크리트 방진침목)

이 침목은 콘크리트 도상에 적용하는 침목으로서 프랑스에서 사용되고 있는 기존의 STEDEF 침목을 개량하여 제작한 것으로, 체결구는 Pandrol, Nabla, Vossloh 모두 사용 가능하며, Twin-block 타입으로 방진상자 속의 방진재를 사용하여 진동저감효과를 가능하게 하고 있다.

이 제품은 현재 프랑스 지하철, 그리고 국내에는 서울, 대구, 부산 지하철 등에서 적용하고 있으며, 방진성은 아주 우수하다. 그러나 장기간 사용시 방진상자 안으로 이물질이 들어갈 우려가 발생하며, 만약 이물질이 들어갈 경우 방진성능이 감소될 수 있다. 이러한 콘크리트용 방진침목은 현재 세계적으로 상당수 개발되어 사용되고 있다. 이 제품은 자갈도상이 아닌 콘크리트도상용 방진침목용 패드이며 이러한 자갈도상용 방진침목 패드는 세계적으로도 많이 개발되지 않았으며, 국내에서는 아직 개발된 사례가 없다.

2) 독일의 게츠너(Getzner)社 침목패드(자갈도상용 방진침목)

이 제품은 현재 국내 지하철에도 적용중에 잇으며, 자갈도상궤도를 대상으로 소음진동저감용으로 사용되고 있다. 가장 큰 특징으로는 진동차단, 자갈의 세립화 방지, 트랙의 안정(트랙의 침하방지) 등이 아주 우수하다. 그러나 본 제품은 장기적 유지관리면에서는 다소 불리하며 고속철도가 아닌 일반철도용으로 개발된 제품 이다.

그리고 가장 중요한 부분인 부착방법은 패드의 한쪽면에 그리드(grid)를 부착시킨 침목에 패드를 부착하여 서로 엉겨있는 그리드(grid)사이로 콘크리트가 침투, 응고되므로 접착강도가 우수한 것으로 알려져 있다.

그러나, 이러한 게츠너(Getzner)社의 방진침목 패드는 고속철도용이 아닌 일반철도에 사용하기 위해 순수한 진동저감용으로 개발된 것으로, 민원발생 장소나 진동이 아주 심각한 장소에만 사용되고 있으며, 궤도의 유지보수 저감 측면에서는 다소 미흡하다는 단점이 있다.

3) 일본의 림(RIM)(반응사출성형) 방식

소음진동 저감 및 유지보수량의 경감을 목적으로 방진침목이 개발된 이후 제조효율 및 경제성 그리고 피복재의 박리 등의 단점을 보완하기 위해 일본에서 1990년도에 도1과 같은 림(RIM)방식의 성형법을 처음으로 도입하여 경제성 및 제조효율을 향상시켰다. 또한 박리강도가 탄성패드의 내구성 등을 크게 향상시켜 소기의 성과를 거두었으며, 부설시험에서도 우수한 결과를 나타내었다.

그러나 위와 같은 반응사출성형방식의 침목은 대규모 플랜트가 필요하고 고가의 비용부담이 든다는 점을 가장 큰 단점으로 들 수 있다.

4) 일본의 기설 PC침목 재이용 방법

상기에서 소개한 림(RIM)방식의 단점, 즉 고가의 비용부담이 든다는 점을 고 려하여 경제적인 방진침목을 제작하기 위한 방법이다.

이 기설침목 재이용 방법에는 다음과 같이 2가지 방법이 있으며, 이에 대한 특징을 간략히 소개하고자 한다.

첫번째 방법으로서, 도2와 같이 이 방법은 침목의 뒷면에 구멍을 뚫어 앵커 볼트로 고무판(재생고무, 가유황(加硫黃)고무)을 설치하는 방법이 있다.

이 방법의 가장 큰 단점으로는 앵커볼트의 설치위치 제한 및 침목 하면의 요철의 존재 등으로 고무판의 설치에 어려운 점이 있다. 또한 설치후에도 침목과 고무판 사이에 극간이 생겨 쇄석 등이 들어가 고무판의 손상 및 열화를 유발하는 경우가 있다.

두번째 방법으로서, 침목 뒷면에 간이 거푸집을 설치하여 무발포 액상 우레탄을 흘려 넣는 방법이 있다. 이 방법은 무발포 액상 우레탄 성형용 원액을 침목하면에 흘려 넣어 제작하기 때문에 침목하면의 요철 등에 좌우되는 일없이 성형 할 수 있으며, 거푸집도 간이 거푸집을 사용하기 때문에 모든 타입의 침목에 적용할 수 있는 장점이 있다. 또한, 이 방법에 의한 제작비가 상기한 림(RIM)방식의 약 ⅓정도라고 소개되고 있어 경제적으로도 경쟁성도 갖춘 것으로 알려지고 있다.

따라서, 일본에서는 현재 기설 PC침목의 탄성화에 관해서 우레탄 고무타입을 권장하고 있는데, 이 방법도 콘크리트 침목과 우레탄 간의 표면박리가 발생되기 때문에 내구성이 떨어지고 보수주기가 짧은 문제가 따른다.

현재 국내에서는 대부분 콘크리트 궤도용 방진침목이 사용되고 있는데, 자갈 도상용 방진침목의 경우에는 상기한 독일 게츠너(Getzner)社의 침목 패드를 지하철 현장 일부에 사용하고 있다.

그러나, 앞서 살펴본 바와 같이 독일 게츠너(Getzner)社의 방진침목 패드는 궤도의 유지보수 저감에는 효과가 떨어짐으로써, 현재 국내 기존철도에서 가장 문제시되는 것이 궤도의 유지관리비용 부담이 많다는데 있다.

따라서, 방진침목에 대한 개발상의 중요과제는 열차주행안정성 및 승차감이 확보되는 범위내에서 소음과 진동의 최대 저감 및 자갈분쇄의 최소화를 고려한 경제적인 방진패드의 설계라 할 수 있으며, 방진침목의 실용화 형식의 개발에 있어서는 다음과 같은 문제점들을 우선적으로 해결하여야 한다.

첫째, 방진패드의 탄성재료 저렴화와 사용량의 저감.

둘째, 피복재 성형방법의 변경에 의한 생산성과 접착성의 향상

셋째, 침목 형상의 최적화에 의한 피복재 박리의 방지와 측면 상부에 대한 깬자갈의 열화방지.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로써, 본 발명의 목적은 기존 방진침목과는 다른 고속철도용으로서 소음과 진동 저감효과 뿐만 아니라, 우레탄계 합성수지재를 이용해 정착돌기를 형성한 탄성패드를 이용해 PC침목과 탄성패드의 부착력을 증가시킴으로써 보다 견고하고도 내구성이 높아 궤도의 유지보수비용이 저감되도록 한 고속철도용 방진침목 및 그 제작방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 수작업에 의해 PC침목의 콘크리트 성형과 동시에 탄성패드를 간단히 부설할 수 있게 함으로써, 별도의 시공 공정이 불필요하여 제작비용이 적게 들고 생산성이 우수한 고속철도용 방진침목 및 그의 제작방법을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적들을 달성하기 위해 본 발명에 의한 고속철도용 방진침목은, 철도 궤도의 자갈도상 위에 설치되어 주행차량의 하중을 자갈도상으로 전달하여 주는 콘크리트 침목에 있어서, 상기 PC침목의 하면의 형상과 같은 평면구조를 갖는 베이스판과 상기 베이스판의 상부면에 소정 간격으로 배치되어 상부로 돌출되는 다수의 정착돌기를 구비하도록 탄성 재질의 폴리우레탄게 합성수지재를 이용해 제작되는 탄성패드; 콘크리트 성형시 고강도의 강선을 사용하여 미리 인장력을 주어 콘크리트에 압축력이 작용하는 상태로 긴장력을 부여하여 제작하되, 그 하면에 상기 탄성패드의 베이스판이 부착되도록 상기 정착돌기들을 일체로 매립시킨 상태로 제작되는 PC침목;으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 방진침목을 제작하기 위한 본 발명의 제작방법은, 상기 PC침목의 하면의 형상과 같은 평면구조를 갖는 베이스판과 상기 베이스판의 상부면에 소정 간격으로 배치되어 상부로 돌출되는 다수의 정착돌기를 구비하도록 탄성 재질의 합성수지재를 이용해 탄성패드를 일체로 제작하고, 콘크리트 몰드에 프리스트레스트 용 고강도의 강선을 배치하고 상기 몰드내에 콘크리트를 타설한 후, 상기 강선을 인장시켜 콘크리트에 압축력이 작용하는 상태로 긴장력을 부여한 다음, 타설된 콘크리트의 표면에 상기 탄성패드의 베이스판이 부착되도록 상기 정착돌기들을 삽입시킨 후, 양생시키는 작업을 통해 완성함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 기술 구성을 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도3 내지 도8의 첨부도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 방진침목은 도8의 도시와 같이 철도 궤도의 자갈도상(10) 위에 설치되는 PC침목(20)의 하면에 탄성패드(30)를 부착하여 주행 차량의 진동을 감쇠시키기 위한 프리스트레스트 콘크리트재로서, 특히 고속철도용으로 개발되었다.

본 발명에 의한 방진침목의 기본개념은 내구성 및 탄성패드의 부착력 확보를 목표로 하여 설계하였으며, 탄성패드의 부착방법은 시공성 및 부착력을 고려한 돌기형 PC침목 매립식으로 설계하였다.

이와 같은 본 발명의 방진침목에서 사용되는 탄성패드(30)는 도3 내지 도7의 도시와 같이 PC침목(20)의 하면의 형상과 같은 평면구조를 갖는 베이스판(31)과, 상기 베이스판(31)의 상부면에 소정 간격으로 배치되어 상부로 돌출되는 다수의 정착돌기(32)가 일체로 형성되는 구조로 구성된다.

상기 베이스판(31)과 정착돌기(32)는 탄성을 갖는 합성수지재로 제작되는데, 높은 내구성을 부여하기 위해 바람직하기로는 폴리우레탄계 합성수지재로 제작되는 것이 좋다.

상기 베이스판(31)은 PC침목(20)의 제작상 공차를 고려하여, 그것이 부착되는 상기 PC침목(20)의 하면에 비해 약간 작은 길이와 폭을 갖는 크기(대략 97∼99%의 크기)로 설계되었다.

방진패드 설계시 정착돌기(32)의 위치는 "고속철도 PC침목 설계 표준 시방서 (안)"(한국 고속철도건설공단, 1994) 제6장 제26조 PC강재의 피복두께에 대한 설계기준에 준하여 최소피복두께 2.5㎝를 만족하도록 하였다.

즉, PC침목(20)의 콘크리트와 부착력 강화를 위한 정착돌기(32)의 모양 설계시 최소 피복두께를 고려하여 양단부에 있는 돌기는 콘크리트 피복두께를 3㎝로 하였으며, PC침목(20) 폭이 상대적으로 좁은 중앙부는 2.5㎝가 확보되도록 국내설계기준에 맞게 설계되었다.

이러한 정착돌기(32)는 베이스판(31)의 길이방향을 따라 중앙선상에 배치되는 중앙열과 좌우측 변부에 배치되는 양측열을 합친 3열로 나열 형성된다.

중앙열에 배치되는 정착돌기(32)는 4각블록(33) 형상으로 형성되며, 양측열들에 배치되는 정착돌기(32)는 4각블록 형상을 갖는 다리부(34)와 그 다리부(34)의 상단부에서 화살촉 형상으로 확대되는 머리부(35)로 형성된다.

본 발명은 이러한 정착돌기(32)의 형상에 의해서 PC침목(20) 콘크리트와의 부착시공이 아주 용이하고 부착력 또한 우수해진다.

화살표 모양의 특징은 콘크리트에 매립이 용이하며 일단 매립된 돌기는 콘크리트가 굳으면 잘 빠지지 않고 부착력이 아주 우수하다. 화살표 돌기와 패드 몸체는 패드의 내구성을 위해 일체로 제작하였다.

PC침목(20)은 콘크리트 성형시 고강도의 강선을 사용하여 미리 인장력을 주어 콘크리트에 압축력이 작용하는 상태로 긴장력을 부여한 것으로, 그 하면에 상기 탄성패드(30)의 베이스판(31)이 부착되도록 상기 정착돌기(32)들을 일체로 매립시킨 상태로 제작된다.

본 발명에 의한 방진침목의 제작방법은 상기 PC침목(20)의 하면의 형상과 같은 평면구조를 갖는 베이스판(31)과 상기 베이스판(31)의 상부면에 소정 간격으로 배치되어 상부로 돌출되는 다수의 정착돌기(32)를 구비하도록 탄성 재질의 합성수지재를 이용해 탄성패드(30)를 일체로 제작하고, 콘크리트 몰드에 프리스트레스트용 고강도의 강선을 배치하고 상기 몰드내에 콘크리트를 타설한 후, 상기 강선을 인장시켜 콘크리트에 압축력이 작용하는 상태로 긴장력을 부여한 다음, 타설된 콘크리트의 표면에 상기 탄성패드(30)의 베이스판(31)이 부착되도록 상기 정착돌기 (32)들을 삽입시킨 후, 양생시키는 작업을 통해 완성된다.

상기에서 정착돌기(32)는 PC침목(20)의 콘크리트에 최소피복두께 2.5㎝를 만족하도록 매립한다. 이때, 상기 정착돌기(32)는 바람직하기로 PC침목(20)의 양단부에 위치하는 돌기는 콘크리트 피복두께를 3㎝로 설정하며, PC침목(20)의 폭이 상대적으로 좁은 중앙부는 2.5㎝가 확보되도록 매립하는 것이 좋다.

본 발명은 방진침목의 제작과정을 보면, 패드의 돌기를 콘크리트에 매립만 하면 되는 아주 단순한 방법이다.

또한, PC침목(20)의 제작시 본 발명의 방진패드를 콘크리트가 양생되기 이전 에 매립만 하면 부착되므로 침목의 양생만 끝나면 방진침목 제작이 완료된다.

따라서, PC침목(20)과 탄성패드(30)의 부착을 위한 추가의 시간이 필요하지 않고 콘크리트 침목이 양생하는 동안 탄성패드의 부착이 이루어지므로 제작시간의 단축효과도 아주 우수하다. 탄성 패드의 매립시간도 수작업에 의해 침목 한개당 2~5분 정도로 아주 짧은 시간에 시공이 이루어지므로 아주 간단하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 방진침목 및 그 제조방법은, 침목과 탄성패드의 일체화 작업이 PC침목의 콘크리트 성형과 동시에 수작업에 의해 간편하게 이루어지므로 별도의 시공 공정이 불필요하여 생산성이 우수하다.

또한, 탄성패드로서 폴리우레탄 재질을 사용하므로 내구성이 아주 좋고, 탄성패드의 베이스판 및 정착돌기가 일체형이므로 이의 제작이 아주 용이하고 제작비용을 절감할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면 콘크리트와의 부착작업이 아주 용이하고 부착력 또한 우수하며 내구성이 좋은 방진침목을 제공할 수 있게 되므로, 궤도의 유지보수비가 절감되고, 차량의 주행안정성이 뛰어나며, 경제적인 비용으로 방진침목을 완성할 수 있는 매우 유용한 발명이다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 철도 궤도의 자갈도상(10) 위에 설치되는 PC침목(20)의 하면에 탄성패드(30)를 부착하여 주행 차량의 진동을 감쇠시키기 위한 방진침목의 제작방법에 있어서,

   상기 PC침목(20)의 하면의 형상과 같은 평면구조를 갖는 베이스판(31)과 상기 베이스판(31)의 상부면에 소정 간격으로 배치되어 상부로 돌출되는 다수의 정착돌기(32)를 구비하도록 탄성 재질의 합성수지재를 이용해 탄성패드(30)를 일체로 제작하고,

   콘크리트 몰드에 프리스트레스트용 고강도의 강선을 배치하고 상기 몰드내에 콘크리트를 타설한 후, 상기 강선을 인장시켜 콘크리트에 압축력이 작용하는 상태로 긴장력을 부여한 다음, 타설된 콘크리트의 표면에 상기 탄성패드(30)의 베이스판(31)이 부착되도록 상기 정착돌기(32)들을 삽입시킨 후, 양생시키는 작업을 통해 완성하되,

   상기 정착돌기(32) 중에서 PC침목(20)의 양단부에 위치하는 돌기는 콘크리트 피복두께를 3㎝로 설정하며, PC침목(20)의 폭이 상대적으로 좁은 중앙부에 위치하는 돌기는 콘크리트 피복두께가 2.5㎝로 확보되도록 매립함을 특징으로 하는 고속철도용 방진침목의 제작방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 정착돌기(32)는 PC침목(20)의 콘크리트에 최소피복두께 2.5㎝를 만족하도록 매립한 것을 특징으로 하는 고속철도용 방진침목의 제작방법.
5. 삭제

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